2024-2025學(xué)年高考物理必考實(shí)驗(yàn)專題突破一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)含解析

PAGE2025年高考物理必考試驗(yàn)一：探討勻變速直線運(yùn)動(dòng)1．試驗(yàn)原理(1)利用紙帶推斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法設(shè)x1、x2、x3、x4、…為紙帶上相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離,假如Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…=常數(shù),即連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差為恒量,則與紙帶相連的物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。(2)由紙帶求物體運(yùn)動(dòng)速度的方法依據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)某段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度來(lái)求,即vn=xn(3)由紙帶求物體運(yùn)動(dòng)加速度的方法①逐差法:依據(jù)x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔),求出a1=x4-x13T2,a2=x5-x23T2,a3=x6②圖象法:求出打各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度,再作出v-t圖象,圖線的斜率則為物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。2.試驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫紙。3.試驗(yàn)步驟(1)儀器安裝①把附有定滑輪的長(zhǎng)木板放在試驗(yàn)桌上,并使滑輪伸出桌面,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒有滑輪的一端,連接好電路。②把一條細(xì)繩拴在小車上,細(xì)繩跨過(guò)定滑輪,下邊掛上合適的鉤碼,把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并把它的一端固定在小車的后面。試驗(yàn)裝置如圖所示,放手后,看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行。(2)測(cè)量與記錄①把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,先接通電源,后放開小車,讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn),換上新紙帶,重復(fù)三次。②從三條紙帶中選擇一條比較志向的,舍掉開頭一些比較密集的點(diǎn),從后邊便于測(cè)量的點(diǎn)起先確定計(jì)數(shù)點(diǎn),為了計(jì)算便利和減小誤差,通常用連續(xù)打點(diǎn)五次的時(shí)間作為時(shí)間單位,即T=0.1s。用毫米刻度尺測(cè)量每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,并填入設(shè)計(jì)的表格中。③利用某一段時(shí)間的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求得各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度。④增減所掛鉤碼數(shù),再重復(fù)試驗(yàn)兩次。4.數(shù)據(jù)分析(1)依據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù),在平面直角坐標(biāo)系中細(xì)致描點(diǎn),如圖所示,可以看到,對(duì)于每次試驗(yàn),描出的幾個(gè)點(diǎn)大致落在一條直線上。(2)作一條直線,使同一次試驗(yàn)得到的各點(diǎn)盡量落到這條直線上,落不到直線上的點(diǎn),應(yīng)勻稱分布在直線的兩側(cè),這條直線就是本次試驗(yàn)的v-t圖線。(3)由試驗(yàn)得出的v-t圖象進(jìn)一步得出小車運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間改變的規(guī)律。①分析圖象的特點(diǎn):小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖象是一條傾斜的直線,如圖所示,當(dāng)時(shí)間增加相同的值Δt時(shí),速度也會(huì)增加相同的值Δv。由此得出結(jié)論:小車的速度隨時(shí)間勻稱改變。②通過(guò)函數(shù)關(guān)系進(jìn)一步得出:既然小車的v-t圖象是一條傾斜的直線,那么v隨t改變的函數(shù)關(guān)系式為v=kt+b,明顯v與t成“線性關(guān)系”,小車的速度隨時(shí)間勻稱改變。5.留意事項(xiàng)(1)平行:紙帶、細(xì)繩要和木板平行。(2)兩先兩后:試驗(yàn)中應(yīng)先接通電源,后讓小車運(yùn)動(dòng);試驗(yàn)完畢應(yīng)先斷開電源,后取紙帶。(3)防止碰撞:在到達(dá)長(zhǎng)木板末端前應(yīng)讓小車停止運(yùn)動(dòng),防止小車與滑輪相撞和鉤碼落地。(4)減小誤差:小車的加速度適當(dāng)大些,可以減小長(zhǎng)度的測(cè)量誤差,加速度大小以能在約50cm的紙帶上清晰地取6~7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜。【最新高考真題解析】1.（2024年江蘇卷）疫情期間“停課不停學(xué)”，小明同學(xué)在家自主開展試驗(yàn)探究。用手機(jī)拍攝物體自由下落的視頻，得到分幀圖片，，利用圖片中小球的位置來(lái)測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，試?yàn)裝置如題圖1所示。(1)家中有乒乓球、小塑料球和小鋼球，其中最適合用作試驗(yàn)中下落物體的是_____。(2)下列主要操作步驟的正確依次是_____。（填寫各步驟前的序號(hào)）①把刻度尺豎直固定在墻上②捏住小球，從刻度尺旁靜止釋放③手機(jī)固定在三角架上，調(diào)整好手機(jī)鏡頭的位置④打開手機(jī)攝像功能，起先攝像(3)停止攝像，從視頻中截取三幀圖片，圖片中小球和刻度如題圖2所示。已知所截取的圖片相鄰兩幀之間的時(shí)間間隔為，刻度尺的分度值是，由此測(cè)得重力加速度為_____。(4)在某次試驗(yàn)中，小明釋放小球時(shí)手稍有晃動(dòng)，視頻顯示小球下落時(shí)偏離了豎直方向。從該視頻中截取圖片，_____（選填“仍能”或“不能”）用(3)問(wèn)中的方法測(cè)出重力加速度?！敬鸢浮?1).小鋼球(2).①③④②(3).9.61（9.5~9.7）(4).仍能【解析】【詳解】(1)要測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣软氁M量減小空氣阻力的影響，所以密度大體積小的小鋼球最適合；(2)要完成試驗(yàn)首先應(yīng)當(dāng)將刻度尺豎直固定在墻上，安裝好三腳架，調(diào)整好手機(jī)攝像頭的位置；因?yàn)橄侣鋾r(shí)間很短，所以肯定要先打開攝像頭起先攝像，然后在將小球從刻度尺旁靜止釋放，故依次為①③④②；(3)由三張圖片讀出小球所在位置的刻度分別為2.50cm，26.50cm，77.20cm；小球做自由落體運(yùn)動(dòng)，依據(jù)可得(4)因?yàn)榫退阈∏蚱x了豎直方向，但是小球在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)依舊是自由落體運(yùn)動(dòng)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果無(wú)影響，故仍能用前面的方法測(cè)量出重力加速度。【典例1】(2024·全國(guó)卷Ⅰ)某小組利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)物塊沿傾斜的長(zhǎng)木板加速下滑時(shí)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行探究．物塊拖動(dòng)紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖所示．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用溝通電的頻率為50Hz，紙帶上標(biāo)出的每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)未畫出．在A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是_____點(diǎn)．在打出C點(diǎn)時(shí)物塊的速度大小為_____m/s(保留3位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為________m/s2(保留2位有效數(shù)字)．【答案】A0.2330.75【解析】依據(jù)題述，物塊加速下滑，在A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是A點(diǎn)．依據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則可讀出，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刻度為1.20cm，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刻度為3.15cm，D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刻度為5.85cm，E點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刻度為9.30cm，AB＝1.20cm，BC＝1.95cm，CD＝2.70cm，DE＝3.45cm.兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間T＝5×eq\f(1,50)s＝0.10s，依據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度可得，打出C點(diǎn)時(shí)物塊的速度大小為vC＝eq\f(BC＋CD,2T)≈0.233m/s.由逐差法可得a＝eq\f(CD＋DE－AB＋BC,4T2)，解得a＝0.75m/s2.【變式1】(2024·北京卷·21改編)用圖所示的試驗(yàn)裝置探討小車速度隨時(shí)間改變的規(guī)律．主要試驗(yàn)步驟如下：a．安裝好試驗(yàn)器材，接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿長(zhǎng)木板運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次．b．選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，找一個(gè)合適的點(diǎn)當(dāng)作計(jì)時(shí)起點(diǎn)O(t＝0)，然后每隔相同的時(shí)間間隔T選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖中A、B、C、D、E、F……所示．c．通過(guò)測(cè)量、計(jì)算可以得到在打A、B、C、D、E……點(diǎn)時(shí)小車的速度，分別記作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v為縱軸、時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖所示．結(jié)合上述試驗(yàn)步驟，請(qǐng)你完成下列任務(wù)：(1)在下列儀器和器材中，還須要運(yùn)用的有________和________(填選項(xiàng)前的字母)．A．電壓合適的50Hz溝通電源B．電壓可調(diào)的直流電源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝碼)(2)在圖象中已標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、D、E對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請(qǐng)?jiān)谠搱D中標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫出v－t圖象．(3)視察v－t圖象，可以推斷小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，其依據(jù)是________________．v－t圖象斜率的物理意義是__________________．(4)描繪v－t圖象前，還不知道小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)．用平均速度eq\f(Δx,Δt)表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從理論上講，對(duì)Δt的要求是________(選填“越小越好”或“與大小無(wú)關(guān)”)；從試驗(yàn)的角度看，選取的Δx大小與速度測(cè)量的誤差________(選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)．【答案】(1)AC(2)如圖所示(3)小車的速度隨時(shí)間勻稱改變加速度(4)越小越好有關(guān)【解析】(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器運(yùn)用的是溝通電源，故選A，不選B；相鄰打點(diǎn)間的時(shí)間是已知的，故不選D；計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離須要用刻度尺測(cè)量，故選C；由于不須要知道小車和重物的質(zhì)量，故不須要天平(含砝碼)，故不選E.(2)連線時(shí)要讓盡量多的點(diǎn)在一條直線上．(3)可以依據(jù)v－t圖象是傾斜的直線(斜率肯定)，即小車的速度隨時(shí)間勻稱改變，推斷出小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)；v－t圖象的斜率表示加速度．(4)嚴(yán)格地講，eq\f(Δx,Δt)表示的是Δt內(nèi)的平均速度，只有當(dāng)Δt趨近于0時(shí)，eq\f(Δx,Δt)才表示瞬時(shí)速度，因此若用eq\f(Δx,Δt)表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，對(duì)Δt的要求是越小越好；從試驗(yàn)的角度看，選取的Δx越小，用eq\f(Δx,Δt)計(jì)算得到的平均速度越接近計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，但Δx過(guò)小，測(cè)量誤差增大，因此選取的Δx大小與速度測(cè)量的誤差有關(guān)．【典例2】在做“探討勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的試驗(yàn)中:(1)試驗(yàn)室供應(yīng)了以下器材:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、溝通電源、復(fù)寫紙、彈簧測(cè)力計(jì)。其中在本試驗(yàn)中不須要的器材是。

(2)圖甲是某同學(xué)由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的表示小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程的一條清晰紙帶,紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔T=0.02s,其中x1=7.05cm、x2=7.68cm、x3=8.33cm、x4=8.95cm、x5=9.61cm、x6=10.26cm。甲下表列出了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B、C、F三點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度,請(qǐng)?jiān)诒碇刑钊氪螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器打下D、E兩點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度。位置BCDEF速度/(m·s-1)0.7370.8010.994(3)以A點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),在圖乙中畫出小車的速度—時(shí)間關(guān)系圖線。乙(4)依據(jù)畫出的小車的速度—時(shí)間關(guān)系圖線計(jì)算出小車加速度a=m/s2(保留2位有效數(shù)字)。

【解析】(1)本試驗(yàn)中不須要測(cè)量力的大小,因此不須要的器材是彈簧測(cè)力計(jì)。(2)依據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間的平均速度得vD=x3+x4同理可得vE=0.928m/s。(3)小車的速度—時(shí)間關(guān)系圖線如圖丙所示。丙(4)小車的加速度a=ΔvΔt=1.00【答案】(1)彈簧測(cè)力計(jì)(2)0.8640.928(3)如圖丙所示(4)0.63【針對(duì)訓(xùn)練2】在做“探究小車速度隨時(shí)間改變的規(guī)律”的試驗(yàn)中,某同學(xué)操作中有以下試驗(yàn)步驟,其中有錯(cuò)誤或遺漏的步驟。(遺漏步驟可編上序號(hào)F、G、…)A.拉住紙帶,將小車移至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處放開紙帶,再接通電源B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上,并接好電路C.把一條細(xì)繩拴在小車上,細(xì)繩跨過(guò)定滑輪,下面吊著適當(dāng)重的鉤碼D.取下紙帶E.將紙帶固定在小車尾部,并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔(1)所列步驟中有錯(cuò)誤的是。

(2)遺漏的步驟:

。

(3)將以上步驟完善后寫出合理的步驟依次:

。

【解析】(1)步驟A中應(yīng)先通電,再放紙帶,依次不能顛倒;D中取下紙帶前應(yīng)先斷開電源。(2)遺漏的步驟:F.換上新紙帶,重復(fù)試驗(yàn)三次。(3)步驟完善后,合理的試驗(yàn)步驟依次為BECADF?！敬鸢浮?1)AD(2)F.換上新紙帶,重復(fù)試驗(yàn)三次(3)BECADF【典例3】某探究小組為了探討小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng),用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。試驗(yàn)前,將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁,如圖甲所示。試驗(yàn)時(shí),保持桌面水平,用手輕推一下小車。在小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴,圖乙記錄了桌面上連續(xù)的6個(gè)水滴的位置。(已知滴水計(jì)時(shí)器每30s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴)甲乙(1)由圖乙可知,小車在桌面上是(選填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動(dòng)的。

(2)該小組同學(xué)依據(jù)圖乙的數(shù)據(jù)推斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)。小車運(yùn)動(dòng)到圖乙中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為m/s,加速度大小為m/s2。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

【解析】(1)小車運(yùn)動(dòng)時(shí)由于受摩擦力的作用,速度漸漸減小,滴水計(jì)時(shí)器滴下水滴的間距應(yīng)漸漸變小,因此小車從右向左運(yùn)動(dòng)。(2)滴水的時(shí)間間隔T=3045s≈0.小車運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)位置時(shí)的瞬時(shí)速度vA=xn+xn+1依據(jù)逐差法,共有5組數(shù)據(jù),舍去中間的一組數(shù)據(jù),則加速度a=x4+x5-x1-x2因此加速度的大小為0.037m/s2?！敬鸢浮?1)從右向左(2)0.190.037【針對(duì)訓(xùn)練3】某同學(xué)探討在固定斜面上運(yùn)動(dòng)物體的平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系。運(yùn)用的器材有:斜面、滑塊、長(zhǎng)度不同的矩形擋光片、光電計(jì)時(shí)器。甲乙試驗(yàn)步驟如下:①如圖甲,將光電門固定在斜面下端旁邊:將一擋光片安裝在滑塊上,登記擋光片前端相對(duì)于斜面的位置,令滑塊從斜面上方由靜止起先下滑;②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí),用光電計(jì)時(shí)器測(cè)得光線被擋光片遮住的時(shí)間Δt;③用Δs表示擋光片沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度(如圖乙所示),v表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時(shí)間內(nèi)的平均速度大小,求出v;④將另一擋光片換到滑塊上,使滑塊上的擋光片前端與①中位置相同,令滑塊由靜止起先下滑,重復(fù)步驟②③;⑤多次重復(fù)步驟④;⑥利用試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)作出v-Δt圖,如圖丙所示。丙完成下列填空:(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小,用vA表示擋光片前端到達(dá)光電門時(shí)滑塊的瞬時(shí)速度大小,則v與vA、a和Δt的關(guān)系式為v=。

(2)由圖丙可求得,vA=cm/s,a=cm/s2。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

【解析】(1)v是Δt時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻Δt2的瞬時(shí)速度,vA為Δt時(shí)間內(nèi)的初速度,依據(jù)速度公式得v=vA+a2(2)由v=vA+a2Δt可知,圖丙中圖線與v軸的交點(diǎn)為vA,圖線的斜率為a2。將圖線延長(zhǎng)可知,vA=52.1cm/s,在圖線上選取較遠(yuǎn)的兩點(diǎn),求得斜率a2=53.34-52.4(150-35【答案】(1)vA+a2Δt(2)52.116.【典例4】在做“探討勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的試驗(yàn)中,如圖甲所示為一次記錄小車運(yùn)動(dòng)狀況的紙帶,圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.1s。甲(1)依據(jù)紙帶可判定小車做運(yùn)動(dòng)。

乙(2)依據(jù)紙帶計(jì)算各點(diǎn)瞬時(shí)速度:vD=m/s,vC=m/s,vB=m/s。在如圖乙所示坐標(biāo)中作出小車的v-t圖線,并依據(jù)圖線求出紙帶的加速度a=。

(3)將圖線延長(zhǎng)與縱軸相交,交點(diǎn)的速度是m/s,此速度的物理意義是。

【解析】(1)依據(jù)紙帶供應(yīng)的數(shù)據(jù)可知xBC-xAB=xCD-xBC=xDE-xCD=12.60cm故小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。(2)vD=xAE-xACvC=xAD-xABvB=xAC2T=如圖丙所示描點(diǎn)連線得v-t圖線,由圖線斜率知紙帶的加速度a=12.60m/s2。丙(3)由圖知交點(diǎn)的速度約為0.12m/s,表示小車經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度?！敬鸢浮?1)勻加速直線(或勻加速)(2)3.902.641.38如圖丙所示12.60m/s2(3)0.12表示小車經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度【針對(duì)訓(xùn)練4】在暗室中